JP2011253083A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、押圧ローラなどの押圧部材が抵抗発熱層を含む定着ベルトの周回経路内側に配されている抵抗発熱式の定着装置において、定着ベルトの高寿命化を図る。
【解決手段】抵抗発熱層１５６を含む無端状の定着ベルト１５４の内側に配設されている押圧ローラ１５０を、定着ベルト１５４の周回経路外側から当該定着ベルト１５４を介して加圧ローラ１６０で押圧して定着ニップを形成し、未定着画像の形成されたシートを当該定着ニップに通紙して熱定着する定着装置であって、定着ベルト１５４において、抵抗発熱層１５６は、その幅方向の両端部に段差部１５６ｂが形成されていると共に、各段差部１５６ｂの縦壁部分の壁面１５６ｃに接触するように、電極層１５９が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、定着装置および当該定着装置を用いた画像形成装置に関し、特に、抵抗発熱層とこれに給電するための電極層が形成された定着ベルトを用いた定着装置において、当該定着ベルトの長寿命化を図る技術に関する。

従来、プリンタ等の画像形成装置では、抵抗発熱層を含む定着ベルトに直接通電することで発熱させる定着装置を採用するものがある（例えば、特許文献１）。
このような定着装置は、ハロゲンヒータを熱源とする定着装置よりも省エネルギー化を図れるという利点がある。
図８は、当該定着装置に用いられる定着ベルトの断面図である。

同図に示すように、定着ベルト５００は、補強層５５５の上に、抵抗発熱層５５６が積層されている。
また、抵抗発熱層５５６の外周面の両端部には、外部の電源から受電する電極として、金属材料からなる電極層５５９が積層されている。
さらに、抵抗発熱層５５６の外周面において、２つの電極層５５９の間に位置する領域には、記録シートとの離型性を高めるための離型層５５７が積層されている。

ここで、抵抗発熱層５５６は、電気抵抗の大きな材料から構成されているため、電流が流れるとジュール発熱するものである。
以上の構成において、外部交流電源５８０に接続された給電部材５７０を電極層５５９と接触させ、抵抗発熱層５５６の両端部に電位差を発生させることにより、抵抗発熱層５５６に電流が流れる。

これにより、抵抗発熱層５５６が発熱し、この熱が記録シートの熱定着に利用される。

特開２００７−２７２２２３号公報

しかしながら、上記構成の定着ベルト５００において、長時間通電すると、電極層５５９の離型層５５７寄りの縁部と抵抗発熱層５５６とが接触する接触部５６０付近が過剰に加熱されることが判明した。
このような局所的な過熱が生じると、当該加熱部位が他の部分よりも劣化が促進され、定着ベルト５００の寿命が低下するという問題がある。

ここで、上記局所的過熱の原因として、以下のことが考えられる。
即ち、電流は、抵抗値の小さいところを流れ易いので、給電部材５７０から電極層５５９に供給された電流は、もう一方の電極層５５９との距離ができるだけ短い位置から抵抗発熱層５５６に流れようとする。
その結果、電極層５５９と抵抗発熱層５５６との間においては、電流は、主に、電極層５５９の離型層５５７寄りの縁部と抵抗発熱層５５６とが接触する接触部５６０に集中する。

そして、上記接触部５６０から抵抗発熱層５５６へと集中的に流れ込んだ電流は、抵抗発熱層５５６の厚み方向に分散して流れ、もう一方の接触部５６０の近傍において再び集中する。
このため、接触部５６０の電流密度が最大となり、この部分において抵抗発熱層５５６が過剰に発熱するものと考えられる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、抵抗発熱式の定着装置および画像形成装置において、定着ベルトの長寿命化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、抵抗発熱層を含む無端状の発熱ベルトの周回経路内側に第１の押圧部材が配され、前記発熱ベルトの周回経路外側から第２の押圧部材で第１の押圧部材を押圧して定着ニップを形成し、未定着画像の形成された記録シートを当該定着ニップに通紙して熱定着する定着装置であって、前記発熱ベルトにおいて、前記抵抗発熱層は、その幅方向の両端に段差部が形成されていると共に、前記各段差部の縦壁部の壁面に接触するように、電極層が形成されていることを特徴とする。

上記構成では、電極層と段差部の縦壁部の壁面とが接触する部分（以下、「壁面接触部」という。）に電流が集中し、当該壁面接触部を介して流れる電流の経路断面積は、経路断面が線状に近い状態であった従来よりも拡大しているので、電流密度を低減することができ、局所的な過熱を生じにくくすることができる。
これにより、発熱ベルトの局所的温度上昇が緩和され、発熱ベルトの寿命を延命することができる。

また、前記電極層および前記段差部は、前記周回方向における全周に亘って形成されていることが望ましい。
さらに、前記電極層の前記段差部における厚みは、当該段差に等しいか、もしくは、それよりも大きいことが望ましい。
また、第１の押圧部材は、押圧ローラであり、第２の押圧部材は、加圧ローラであるとしてもよい。

ここで、第１の押圧部材は、ローラ軸体であり、前記発熱ベルトは、前記ローラ軸体の外周に形成されたローラ外皮であって、前記ローラ軸体と前記ローラ外皮とで定着ローラを構成するとしてもよい。
また、前記抵抗発熱層は、耐熱性絶縁樹脂に導電フィラーを分散させたものであることが望ましい。

なお、本発明は、上記定着装置を備えた画像形成装置としてもよい。

本発明の実施の形態に係るプリンタ全体の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の構成を示す一部切り欠き斜視図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の側面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の軸方向における断面図である。 本発明の実施の形態に係る定着ベルトの加熱部位の温度低減効果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着ベルトの加熱部位の温度低減効果を示す図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の変形例である。 従来の定着ベルトの断面図である。

図１は、当該プリンタ１の全体の構成を示す概略断面図である。
同図に示すように、このプリンタ１は、画像プロセス部３、給紙部４、定着部５および制御部６０を備えており、ネットワーク（例えばＬＡＮ）に接続されて、外部の端末装置（不図示）からのプリントジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック色からなるトナー像を形成し、これらを多重転写してフルカラーの画像形成を実行する。

以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各再現色をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋと表し、各再現色に関連する構成部分の番号にこのＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを添字として付加する。
＜画像プロセス部＞
画像プロセス部３は、Ｙ〜Ｋ色のそれぞれに対応する作像部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、光学部１０、中間転写ベルト１１などを備えている。

作像部３Ｙは、感光体ドラム３１Ｙ、その周囲に配設された帯電器３２Ｙ、現像器３３Ｙ、一次転写ローラ３４Ｙ、感光体ドラム３１Ｙを清掃するためのクリーナ３５Ｙなどを備えており、感光体ドラム３１Ｙ上にＹ色のトナー像を作像する。他の作像部３Ｍ〜３Ｋについても、作像部３Ｙと同様の構成になっており、同図では符号を省略している。
中間転写ベルト１１は、無端状のベルトであり、駆動ローラ１２と従動ローラ１３に張架されて矢印Ａ方向に回転駆動される。

光学部１０は、レーザダイオードなどの発光素子を備え、制御部６０からの駆動信号によりＹ〜Ｋ色の画像形成のためのレーザ光Ｌを発し、感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋを露光走査させる。
この露光走査により、帯電器３２Ｙ〜３２Ｋにより帯電された感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋ上に静電潜像が形成される。各静電潜像は、現像器３３Ｙ〜３３Ｋにより現像されて感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋ上にＹ〜Ｋ色のトナー像が、中間転写ベルト１１上の同じ位置に重ね合わせて一次転写されるようにタイミングをずらして実行される。

一次転写ローラ３４Ｙ〜３４Ｋにより作用する静電力により中間転写ベルト１１上に各色のトナー像が順次転写されフルカラーのトナー像が形成され、さらに二次転写位置４６方向に移動する。
一方、給紙部４は、記録シートＳを収容する給紙カセット４１と、給紙カセット４１内の記録シートＳを搬送路４３上に１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ４２と、繰り出された記録シートＳを二次転写位置４６に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対４４などを備えており、中間転写ベルト１１上のトナー像の移動タイミングに合わせて給紙部４から記録シートＳを二次転写位置に給送し、二次転写ローラ４５の作用により中間転写ベルト１１上のトナー像が一括して記録シートＳ上に二次転写される。

二次転写位置４６を通過した記録シートＳは、定着部５に搬送され、記録シートＳ上のトナー像（未定着画像）が、定着部５における加熱・加圧により記録シートＳに定着された後、排出ローラ対７１を介して排出トレイ７２上に排出される。
＜定着部＞
図２は、上記定着部５の構成を示す部分断面斜視図であり、図３は、その側面図である。

同図２に示すように、定着部５は、定着ベルト１５４と、押圧ローラ１５０と、加圧ローラ１６０と、給電部材１７０とを備える。
押圧ローラ１５０は、定着ベルト１５４の周回経路内側に遊びを有した状態で配されている。
また、加圧ローラ１６０は、定着ベルト１５４の周回経路外側に配置されており、不図示の駆動機構により矢印Ｄ方向に回転駆動されると共に、定着ベルト１５４の外側から定着ベルト１５４を介して押圧ローラ１５０を押圧する。

これにより、定着ベルト１５４と押圧ローラ１５０とが矢印Ｅ方向に従動回転し、定着ベルト１５４表面との間に定着ニップＮが形成される。
そして、定着ニップＮが目標温度に維持された状態で記録シート（不図示）が当該定着ニップＮを通過すると、当該記録シート上の未定着のトナー像が加熱、加圧されて熱定着される。

以下、定着部５の構成について、詳細に説明する。
＜押圧ローラ＞
押圧ローラ１５０は、長尺で円柱状のローラ軸１５１の周囲に弾性層１５２が形成されてなる。
ローラ軸１５１は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等からなる外径が約１８ｍｍの円柱体であり、その軸方向における両端部は、図示しない定着部５の本体側フレームの軸受部に回転自在に軸支されている。

弾性層１５２は、耐熱性及び断熱性の高い、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の発泡弾性体などからなり、その厚みは、１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であり、これにより押圧ローラ１５０の外径は、２０ｍｍ以上、１００以下に設定されるが、ここでは、５ｍｍに設定されている。
ここで、弾性層１５２のＹ軸方向の長さは、３５０ｍｍとなっている。
＜加圧ローラ＞
加圧ローラ１６０は、ローラ軸１６１の周面に、弾性層１６２と、接着層１６３と、離型層１６４とが、この順に積層されている。

ローラ軸１６１は、不図示の駆動機構により回転駆動される、例えば、外径が約３０ｍｍのアルミニウム製の中実シャフトである。
弾性層１６２は、シリコーンゴムからなる円筒体であり、Ｙ軸方向の長さは３１０ｍｍとなっている。
なお、弾性層１６２の材料としては、上記シリコーンゴムの他、フッ素ゴムなどの耐熱性の高い材料を用いてもよい。

弾性層１６２の厚みとしては、１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下が望ましく、ここでは、２ｍｍに設定されている。
離型層１６４は、厚みが１０μｍ以上、５０μｍ以下のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂からなる。

接着層１６３は、シリコーン接着剤などからなり、当該接着剤が弾性層１６２の表面に塗布されることにより形成される。
ここで、弾性層１６２、接着層１６３および離型層１６４のＹ軸方向の長さは、３１０ｍｍとなっており、無論、記録シートの最大通紙幅よりも大きく設定されている。
＜給電部材＞
給電部材１７０は、リード線１７５を介して外部の電源１８０に電気的に接続されており、定着ベルト１５４の後述する１対の電極層１５９に接触して、これに給電するものである。

ここで、電源１８０は、例えば、電圧１００Ｖ、周波数が５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚの商用電源である。
なお、リード線１７５には、制御部６０の指示でＯＮ・ＯＦＦするリレースイッチ（不図示）が挿設されており、必要に応じて通電される構成となっている。
給電部材１７０は、より具体的には、ブラシ部１７１と、板バネ１７２からなる。

ブラシ部１７１は、例えば、Ｙ軸方向における長さが１２ｍｍ、Ｙ軸方向と直交する方向の幅１０ｍｍ、厚み１５ｍｍの直方体状のブロックであって、摺動性および導伝性を有する銅黒鉛質、炭素黒鉛質などの材料からなる、いわゆるカーボンブラシである。
板バネ１７２は、導電性および弾性を有するりん青銅やステンレスなどからなる矩形の板体であって、一方の端部がプリンタ１の本体側（不図示）の絶縁体に固定されており、他方の端部が導電性を有する接着剤などでブラシ部１７１と接合されている。

そして、板バネ１７２は、図３に示すように、当該ブラシ部１７１の給電路を形成すると共に、当該ブラシ部１７１を定着ベルト１５４の後述の電極層１５９の外周面に押し付けている。
＜定着ベルト＞
図４は、本実施の形態に係る定着装置の加圧ローラ１６０の回転軸方向（Ｙ軸方向）における断面図である。

定着ベルト１５４は、積層構造を有する弾性変形可能な無端ベルトであり、同図に示すように、Ｙ軸方向における両端部とそれ以外の中央部分とでは積層状況が異なる。
より具体的には、定着ベルト１５４は、両端部および当該両端部に挟まれた中央部分の全域に亘り、補強層１５５と、抵抗発熱層１５６とが、この順に積層されている。
ここで、抵抗発熱層１５６は、その幅方向（Ｙ軸方向）の両端において、周方向に沿って外周側の厚みが減少することにより形状的に欠落している部分（以下、「段差部１５６ｂ」という。）がそれぞれ形成されている。

ここで、抵抗発熱層１５６において、その両端に形成された段差部１５６ｂの間に存する部分を中央部１５６ａと呼び、当該中央部１５６ａよりも厚みが薄くなっている部分を薄肉部１５６ｄと呼ぶ。
段差部１５６ｂ内には、環状の電極層１５９が形成されている。
また、抵抗発熱層１５６の中央部１５６ａ上に弾性層１５７と離型層１５８とがこの順で積層されている。

以下、定着ベルト１５４を構成する各層について詳細に説明する。
補強層１５５は、導電性を有しない材料、例えば、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂)、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などのいずれかからなり、その厚みは５μｍ以上、２００μｍ以下が望ましく、ここでは、７０μｍに設定されている。

電極層１５９は、定着ベルト１５４においてＹ軸方向に距離をおいて形成されており、それぞれ給電部材１７０と接触して抵抗発熱層１５６に電力を供給するものである。
上述したように、電極層１５９は、抵抗発熱層１５６の両端に存する段差部１５６ｂ内にそれぞれ形成されており、段差部１５６ｂの縦壁部分の壁面１５６ｃ（Ｚ軸方向に切り立った部分）に接合されている。

なお、当該壁面１５６ｃは、Ｙ軸方向、即ち電流が流れる方向と直交している。
このようにすることで、対向する壁面１５６ｃ同士で挟まれた抵抗発熱層１５６の部分は、Ｙ軸方向における長さが均一になり、電流密度が均一化され、局所的な電流密度の上昇が抑制される。
電極層１５９は、例えば、電気抵抗率の低いＣｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｇ、真鍮およびリン青銅等、もしくはそれらの合金などを材料とするものであって、抵抗発熱層１５６の両端部に設けられた段差部１５６ｂの外周面にメッキし、もしくはこれらの金属が分散された導電性インキなどを塗布して乾燥させることにより形成される。

また、電極層１５９の体積抵抗率としては、抵抗発熱層１５６の体積抵抗率以下に設定した上で、その数値範囲を、１．０×１０^−８Ω・ｍ〜１．０×１０^−４Ω・ｍとすることが望ましい。
なお、電極層１５９と抵抗発熱層１５６の体積抵抗率の差が小さい場合であっても、電極層１５９の厚みを厚くし、抵抗発熱層１５６の厚みを薄くすれば、電極層１５９を電極として利用し、抵抗発熱層１５６を発熱体として利用することができる。

また、電極層１５９は、Ｙ軸方向の長さが１５ｍｍとなっており、厚みは、１μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましく、ここでは２０μｍに設定されている。
ここで、電極層１５９の厚みがあまりにも薄いと、当該電極層１５９において、給電部材１７０の接触部分を起点として、ここから周方向に半回転した位置に電流が達するまでに電圧降下が生じる。

その結果、定着ベルト１５４の各端部に存する上記２つの接触部分を直線で繋いだ抵抗発熱層１５６上の経路およびその近傍にしか電流が流れなくなり、発熱範囲が狭くなる。
上記電極層１５９における厚みの下限値は、このような不具合が生じないようにするために決められたものである。
抵抗発熱層１５６は、一対の電極層１５９に電位差を設けることにより、Ｙ軸方向に電流が流れてジュール発熱するものである。

より具体的には、抵抗発熱層１５６は、中央部１５６ａにおける厚みが、４０μｍ、薄肉部１５６ｄにおける厚みが、２０μｍであって、ＰＩ（ポリイミド）製樹脂に、電気抵抗率の異なる導電フィラーを一種類もしくは複数種類分散させてなり、コーティングなどにより形成される。
また、抵抗発熱層１５６の中央部１５６ａにおけるＹ軸方向の長さは３２０ｍｍとなっており、さらに、各段差部１５６ｂにおけるＹ軸方向の長さは１５ｍｍとなっている。

抵抗発熱層１５６に用いるベースの材料（以下、「ベース材」という。）として、他にもＰＰＳおよびＰＥＥＫなどの耐熱性絶縁樹脂を使用することができるが、ＰＩがもっとも高い耐熱性を有するので、ＰＩを用いることが望ましい。
ここで、導電フィラーとしては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、ＭｇおよびＮｉなどの金属、もしくは、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーなどのカーボン系の炭素化合物粉末と、ヨウ化銀、ヨウ化銅等の無機化合物中の高イオン導電体粉末が望ましい。

また、その形状としては、単位含有量あたりの導電フィラー同士の接触する確率を高めたり、導電フィラーにベース材を浸透させ易くするために、繊維状にすることが望ましい。
なお、段差部１５６ｂは、例えば、上述のベース材に導電フィラーを分散されてなる厚みが均一な層の両端部を研磨することにより形成する。

導電フィラーの構成要素である、上述の金属は、温度が上昇するにつれて体積抵抗値が上昇するＰＴＣ(positive temperature coefficient)特性を有しており、また、炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末は、温度が上昇するにつれて体積抵抗値が減少するＮＴＣ(negative temperature coefficient)特性を有しているので、性質の相反するこれらフィラーの配合比率を調整して所望の体積抵抗率に設定している。

なお、上記導電フィラーの他に、抵抗発熱層１５６における機械的強度の向上や熱伝導率向上の目的のために、ベース材に別のフィラーを添加してもよい。
電源１８０として、上述の商用電源を用いると、目的の発熱量を得るために設定すべき体積抵抗率は、１．０×１０^−６〜１．０×１０^−２ Ω・ｍ程度が望ましく、さらに、本実施の形態における定着部５の仕様においては、体積抵抗率を１．０×１０^−５〜５．０×１０^−３ Ω・ｍに設定することが望ましい。

弾性層１５７は、例えば、シリコーンゴムなどの弾性および耐熱性を有する材料からなり、その厚みは約２００μｍである。
なお、弾性層１５７の材質は、シリコーンゴムの他、フッ素ゴム等を用いても構わない。
離型層１５８は、例えば、ＰＴＦＥもしくはＰＦＡ等のフッ素系樹脂などの離型性を有する材料からなり、厚みは、５μｍ以上、１００μｍ以下である。
＜温度分布の改善確認＞
本実施の形態では、従来の定着装置のように、均一な厚みの抵抗発熱層１５６の両端部に単に電極層１５９を積層するのではなく、抵抗発熱層１５６の両端に段差部１５６ｂを設け、さらに、段差部１５６ｂ内に、抵抗発熱層１５６よりも体積抵抗率の小さい電極層１５９を、段差部１５６ｂの縦壁部分の壁面１５６ｃと接触するように形成している。

図５（ａ）は、以上のように構成された、実施の形態における定着部５において、定着ベルト１５４の一方の端部（Ｙ’方向側端部）における電極層１５９および抵抗発熱層１５６の温度分布を、シミュレーションで求めた結果を示す図である。
また、図５（ｂ）は、従来の定着ベルト５００の一方の端部（Ｙ’方向側端部）における電極層５５９および抵抗発熱層５５６の温度分布を、シミュレーションで求めた結果を示す図である。

なお、ここでは発熱に直接寄与する電極層１５９および抵抗発熱層のみの構成でモデル化を行っている。
ここで、図中の色が濃い部分ほど温度が低く、薄い部分ほど温度が高い部分であることを示す。
＜計算条件＞
抵抗発熱層の体積抵抗率：９．４×１０^−５Ω・ｍ
印加電圧 ：１００Ｖ
電極の体積抵抗率 ：１．７２×１０^−８Ω・ｍ
これら以外の計算条件は、本実施の形態の定着ベルト１５４と同様である。
＜寸法関係＞
同図５（ａ）、（ｂ）に記載の符号に対応する寸法は以下の通りである。
（実施例品）
ＷＪ１：３４０ｍｍ （Ｙ軸方向における幅）
ＷＪ２：１５ｍｍ
ＤＪ１：２０μｍ
ＴＪ１：４０μｍ
ＴＪ２：４０μｍ
（従来品）
ＷＯ１：３４０ｍｍ （Ｙ軸方向における幅）
ＷＯ２：１５ｍｍ
ＴＯ１：４０μｍ
ＴＯ２：２０μｍ
図５（ｂ）に示すように、従来品では、抵抗発熱層５５６において、環状の電極層５５９の定着ベルト中央寄りの周縁部Ｇとの接線が一番温度が高くなっている。

具体的には、周縁部Ｇの温度は、１６４℃となっており、また、２つの周縁部Ｇの間に位置する中央部における温度は、１４８℃前後となっており、１６℃もの温度差が生じている。
これに対し、実施例品では、図５（ａ）に示すように、上記周縁部Ｇに対応する周縁部Ｆおよび壁面１５６ｃとその近傍の温度が、抵抗発熱層１５６の中では一番温度が高くなっているものの、従来品の周縁部Ｇに比べると、温度が低くなっていることがわかる。

より具体的には、周縁部Ｆおよび壁面１５６ｃとその近傍の温度は、１５０℃となっており、また、中央部１５６ａにおける温度は、１４８℃であり、最も温度が高くなる部位との温度差は２℃となっており、全体としての温度が均一化されていることがわかる。
このようになるのは、以下の理由によるものと考えられる。
即ち、従来品では、電極層５５９と抵抗発熱層５５６との間においては、電流は主に周縁部Ｇと抵抗発熱層５５６との接線を介して流れるため、周縁部Ｇの電流密度が大きくなり温度が高くなるものと考えられる。

何故なら、電流は電気抵抗が小さな経路を流れようとする性質があり、電極層５５９の周縁部Ｇの外側に位置する部分では、抵抗発熱層５５６内を経由するよりも、電極層５５９内を通って周縁部Ｇまで流れた方が経路の電気抵抗が小さくなるので、電極層５５９と抵抗発熱層５５６とが面接触していても、両者の間において周縁部Ｇ以外の部分で電流が流れにくくなるからである。

一方、本実施の形態に係る定着ベルト１５４では、抵抗発熱層１５６において、両端部に段差部１５６ｂが形成されていると共に、各段差部１５６ｂの縦壁部分の壁面１５６ｃに接触するように、抵抗発熱層１５６よりも体積抵抗率の小さい電極層１５９が形成されている。
このような構成では、抵抗発熱層１５６において、壁面１５６ｃ同士で挟まれた部分が、電流の最短経路となる。

このため、電極層１５９と抵抗発熱層１５６との間において、主に電流が流れる部分が、上記壁面１５６ｃと電極層１５９との面接触部分となり、電極層１５９の通紙領域寄りの縁部と抵抗発熱層１５６の表面とが線接触する部分にしか主に電流が流れなかった従来よりも、電流経路の断面積が大きくなる。
これにより、電流密度が低下し、局所的な加熱を生じにくくなり、発熱ベルトの寿命を延命することができる。

図６は、上記シミュレーションにおいて算出された従来品および実施例品における抵抗発熱層の単位体積あたりの発熱量の最大値を示す図である。
同図に示すように、実施例品は、従来品に比べ、単位体積あたりの発熱量の最大値が、約１／１５程度まで低減されている。
通常、定着温度は、１６０℃前後に設定されており、定着ベルト１５４の耐熱温度としては、２４０℃程度が要求される。

したがって、定着ベルト１５４において、最も温度が上昇する部位の温度が２４０℃を超えないことが求められる。
また、定着ベルト１５４は、温度が高くなる部位ほど寿命は減少し、寿命に達した部位を起点として亀裂などが発生する傾向にあり、さらに、局所的に高温になるとその部分が他の部位より熱膨張量が大きくなり熱変形が生じ易くなる。

このような不具合の発生を抑制するため、定着ベルト１５４全体の温度が均一、即ち、局所的に高温となる箇所が生じないことが求められる。
本実施の形態の定着ベルト１５４は、上述のように、最も温度が上昇する部位の温度が２４０℃以下となっていると共に、従来品よりも温度が低減されており、かつ、全体として温度が均一化されているため、高寿命化を図ることができ、さらに、熱変形を抑制することができる。
＜変形例＞
本発明は、上述のような実施の形態に限られるものではなく、次のような変形例も実施することができる。

（１）上記実施の形態では、定着ベルト１５４は、補強層１５５と、抵抗発熱層１５６と、弾性層１５７と、離型層１５８と、電極層１５９とを有していたが、これに限らず、少なくとも抵抗発熱層１５６と電極層１５９とを有していればよい。
例えば、モノクロの複写機では、カラーの複写機に比べ、定着ニップ幅を小さく設定しても、定着品質の劣化がそれほど目立たないため、定着ベルト１５４内の弾性層１５７を省略することが考えられる。

（２）また、上記実施の形態では、抵抗発熱層１５６において、中央部１５６ａにおける厚みが、４０μｍ、薄肉部１５６ｄにおける厚みが、２０μｍとしたが、これに限られない。
抵抗発熱層１５６の中央部１５６ａにおける厚みは、発熱量を設定する上でのパラメータとなるので、これまで現実的には、中央部１５６ａの厚みは、５μｍ以上、１００μｍ以下の範囲で設定されるのが望ましいものとされていた。

しかしながら、厚みが上記下限値に近づくと、当然、薄肉部１５６ｄにおける厚みはさらに薄くなり、壁面１５６ｃの断面積が縮小して電流密度が上昇するため、壁面１５６ｃが過熱され易くなる。
したがって、中央部１５６ａの厚みを上記下限値寄りに設定する場合は、壁面１５６ｃにおける局所的過熱が緩和される程度の段差部１５６ｂの段差（中央部１５６ａの厚み−薄肉部１５６ｄの厚み）を確保した上で、当該段差よりも大きい値を中央部１５６ａの厚みに設定する必要がある。

（３）上記実施の形態では、押圧ローラ１５０が、定着ベルト１５４の周回経路内側に遊びを有した状態で配されていたが、遊びを有しない状態で定着ベルト１５４の周回経路内側に配されていても構わない。
また、押圧ローラ１５０と定着ベルト１５４とが一体となった定着ローラの構成を採用しても良い。

つまり、ローラ軸の外周面を、弾性層、抵抗発熱層、電極層および離型層などのローラ外皮で覆った構成であっても良い。
もしくは、定着ベルト１５４が、第１および第２のローラに張架された構成としてもよい。
この場合、例えば、第１のローラを加圧ローラと協働して定着ニップを形成する押圧ローラとし、第２ローラを定着ベルト１５４の長さを設定するためのローラとすることなどが考えられる。

このような構成を用いることにより、押圧ローラの外径を小さくすることにより、記録シートの離型性を高めると共に、定着ベルト１５４の長さを長くすることにより、単位時間あたりの周回数を少なくして摩耗を低減し、長寿命化を図ることができる。
（４）さらに、上記実施の形態では、給電部材１７０は、ブロック状のブラシ部１７１を、定着ベルト１５４の電極層１５９に摺動させていたが、これに限らず、ブラシ部１７１の代わりに金属ローラを用いて、摩擦を低減させながら、電極層１５９との電気的接触を保ってもよい。

また、図７に示すように、電源１８０に接続した１次コイル２７１を定着装置本体側に設けると共に、定着ベルト２５４において、これの一方の端部に２次コイル２７２を設け、当該２次コイル２７２を構成する巻き線の一方の端２７２ａを電極層１５９ａに接続し、当該巻き線のもう一方の端２７２ｂを電極層１５９ｂに接続する構成とした上で、１次コイル２７１と２次コイル２７２を対向させて１次コイルに交流電流を流すことによって、２次コイルに誘導電流を生じさせ、非接触状態で電極層１５９ａおよび電極層１５９ｂに電力を供給してもよい。

（５）さらに、上記実施の形態では、導電フィラーの構成要素であるＰＴＣ特性を有する材料と、ＮＴＣ特性を有する材料の配合比率を調整して所望の体積抵抗率に設定しているとしたが、これ以外の目的で配合比率を調整しても構わない。
例えば、多数枚の小サイズのシートを連続してプリントする場合、定着ベルト１５４のうち、ベルト幅方向に当該シートが通過しない両端側の部分（以下、「非通紙部」という。）の温度が、当該シートに熱が奪われないために温度が上昇する傾向にあるが、当該非通紙部にＮＴＣ特性の導電フィラーを多く含有させることで、非通紙部の温度を上昇しにくくすることができる。

この非通紙部は、一般に電極層に近接もしくは接触する位置にあるため、電極層と抵抗発熱層との境界部分において、電流密度が高くなる部分が生じて温度が上昇すると、体積抵抗率が下がるので、加熱が抑制される効果が望める。
上記実施の形態に係る定着ベルト１５４は、もともと上記境界部分における電流密度が高くならない構成であるため、非通紙部にＮＴＣ特性の導電フィラーを多く含有させていなくても、上記境界部分の加熱を抑制することができる。

（６）また、本実施の形態では、電極層１５９は、定着ベルト１５４の周方向に１周する環状の形状となっていたが、これに限らず、例えば、電極層１５９において、押圧ローラ１５０の軸方向に対して直角以外の角度、もしくは、平行する少なくとも１本のスリットが設けられていても良い。
このような場合、例えば、給電部材１７０の配設位置やスリット数を適切に設定することによって、定着ベルト１５４において定着ニップＮを通過する直前の領域だけを部分加熱して、省電力化を図ることができる。

（７）また、上記実施の形態では、電極層１５９は、定着ベルト１５４の外周に設けられていたが、内周に設けてもよい。
この場合、当然のことながら、抵抗発熱層１５６の段差部１５６ｂも内周側に設け、その内に電極層１５９を積層する必要がある。
さらに、給電部材１７０も定着ベルト１５４の周回経路内側に配し、電極層１５９と接触させる必要がある。

その場合、押圧ローラ１５０と加圧ローラ１６０の軸方向における長さの大小関係を逆転させ、定着ベルト１５４の周回経路内側から給電部材１７０で電極層１５９を加圧ローラ１６０の外周面に向けて押し付ける構成とすることが望ましい。
（８）上記実施の形態では、当該給電部材１７０で定着ベルト１５４の電極層１５９を押し付ける際、定着ベルト１５４の位置が後退しないように、給電部材１７０は、定着ニップＮの延長上に設けていたが、これに限らない。

例えば、定着ベルト１５４の周回経路内側に、当該定着ベルト１５４の周回経路がずれないように位置規制する新たな規制板を設ければ、給電部材１７０を、定着ベルト１５４の周回経路の外側であって、上記規制板に対向する位置に配設することで、給電部材１７０で定着ベルト１５４の電極層１５９を押しつけた場合、定着ベルト１５４が後退することがなく、両者の接触状態が確実に保たれる。

（９）上記実施の形態では、定着ベルト１５４を挟み込んだ状態で押圧し、定着ニップを形成するものが、いずれも押圧ローラ１５０や加圧ローラ１６０のような回転体で構成されていたが、これらのうちの一方のみを回転体とし、もう一方を回転させずに固定された状態で上記押圧に寄与可能な部材に置き換えてもよい。
このような部材としては、定着ベルト１５４の周回方向と直交する方向に長尺な部材であって、表面の摺動性を高めたものが用いられる。

つまり、上記押圧に寄与可能な部材としては、回転体や長尺な固定部材など、押圧に寄与することができる押圧部材でありさえすればよい。
（１０）また、上記実施の形態では、壁面１５６ｃは、Ｙ軸方向、即ち電流が流れる方向と直交しているとしたが、これに限らず、壁面１５６ｃがＹ軸方向と直交していなくてもよい。

但し、上記直交する状態から逸れるほど、対向する壁面１５６ｃ同士で挟まれた抵抗発熱層１５６の部分におけるＹ軸方向における長さは不均一になるため、できるだけ上記直交する状態から逸れないほうが望ましい。
（１１）さらに、上記実施の形態では、段差部１５６ｂは、抵抗発熱層１５６の両端の外周面の厚みを減少させることにより形状的に欠落する部分としたが、抵抗発熱層１５６の両端部の外周面に凹部を設けることにより形成されるものであっても構わない。

その場合、１つの段差部１５６ｂに縦壁部分の壁面１５６ｃが２つ存在することになるが、少なくとも通紙領域寄りに存在する側に電極層１５９を接触させておけばよい。
（１２）なお、上記実施の形態では、本発明に係る画像形成装置をタンデム型カラーデジタルプリンタに適用した場合の例を説明したが、これに限られず、押圧ローラなどを含めた押圧部材が定着ベルトの周回経路内側に、加圧ローラにより定着ベルトを介した状態で押圧されて定着ニップが形成される定着装置、および、当該定着装置を備える画像形成装置一般に適用することができる。

また、上記実施の形態および上記変形例の内容をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。

本発明は、抵抗発熱層とこれに給電するための電極層を含むベルトを用いた定着装置および当該定着装置を用いた画像形成装置に広く適用することができる。

１ プリンタ
３ 画像プロセス部
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 作像部
４ 給紙部
５、１０５ 定着部
１０ 光学部
１１ 中間転写ベルト
１２ 駆動ローラ
１３ 従動ローラ
３１ 感光体ドラム
３２ 帯電器
３３ 現像器
３４ 一次転写ローラ
３５ クリーナ
４１ 給紙カセット
４２ ローラ
４３ 搬送路
４４ タイミングローラ対
４５ 二次転写ローラ
４６ 二次転写位置
６０ 制御部
７１ 排出ローラ対
７２ 排出トレイ
１５０ 押圧ローラ
１５１ ローラ軸
１５２ 弾性層
１５４、２５４ 定着ベルト
１５５ 補強層
１５６ 抵抗発熱層
１５６ａ 中央部
１５６ｂ 段差部
１５６ｃ 壁面
１５６ｄ 薄肉部
１５７ 弾性層
１５８ 離型層
１５９ 電極層
１６０ 加圧ローラ
１６１ ローラ軸
１６２ 弾性層
１６３ 接着層
１６４ 離型層
１７０ 給電部材
１７１ ブラシ部
１７２ 板バネ
１７５ リード線
１８０ 電源
２０５ 定着部
２７１ １次コイル
２７２ ２次コイル
２７２ａ、２７２ｂ 端

Claims (7)

1. 抵抗発熱層を含む無端状の発熱ベルトの周回経路内側に第１の押圧部材が配され、前記発熱ベルトの周回経路外側から第２の押圧部材で第１の押圧部材を押圧して定着ニップを形成し、未定着画像の形成された記録シートを当該定着ニップに通紙して熱定着する定着装置であって、
   前記発熱ベルトにおいて、
   前記抵抗発熱層は、その幅方向の両端に段差部が形成されていると共に、前記各段差部の縦壁部の壁面に接触するように、電極層が形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記電極層および前記段差部は、前記周回方向における全周に亘って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記電極層の前記段差部における厚みは、当該段差に等しいか、もしくは、それよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 第１の押圧部材は、押圧ローラであり、第２の押圧部材は、加圧ローラであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 第１の押圧部材は、ローラ軸体であり、
   前記発熱ベルトは、前記ローラ軸体の外周に形成されたローラ外皮であって、
   前記ローラ軸体と前記ローラ外皮とで定着ローラを構成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記抵抗発熱層は、耐熱性絶縁樹脂に導電フィラーを分散させたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 請求項１から６に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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